野萝卜MADS-box家族开花调控基因的筛选及功能分析

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野萝卜(Raphanus raphanistrum)为十字花科萝卜属植物,主要分布于北美、澳洲和欧洲,在中国四川、青海、台湾等地也有发现,目前,该类杂草已成为全世界小麦田和油菜田的重要恶性杂草之一。在长期的自然演变和人工选择压力下,部分野萝卜种群在开花时间上出现了早花和晚花的表型分化。为探究该分化下起关键调控作用的基因,本研究对转录组测序结果进行分析,筛选到了若干可能与早花和晚花调控有关的MADS-box家族候选基因;借助荧光定量PCR法验证候选基因的表达情况;并将表达差异显著的2个候选基因,利用农杆菌介导法获得拟南芥转基因株并进行功能验证。共获得以下结果:1.以开花时间无变化的种群(NF)为对照,以早花(EF)种群和晚花(LF)种群为研究对象,通过转录组测序分析,初步获得201,045个表达差异基因。其中,在同一生育期下,获得早花上调差异基因1657个,获得晚花下调差异基因1625个。2.对上述差异表达基因进行转录调控因子(TF)家族分类,发现2838个unigenes被分为59个TF家族。其中MYB家族最多(382个,13.5%),其次是AP2-EREBP家族(275个,9.7%)和b HLH家族(231个,8.1%)。此外,还发现了与植物开花调控有关的MADS-box家族基因(149个,5.3%)。3.荧光定量PCR验证结果表明,6个MADS-box家族开花调控基因存在差异表达。其中,相较于正常种群和晚花种群,Rrc25_p9基因和Rrc12115_p1基因在早花种群中的表达量显著上升,说明Rrc25_p9基因和Rrc12115_p1基因可能通过增加其在野萝卜中的表达量来调控开花进程。4.通过基因克隆,获得候选基因全长,发现Rrc25_p9基因由594个核苷酸组成,共编码197个氨基酸,Rrc25_p9蛋白具有1个SRF-TF功能域和一个k-box结构域,亚细胞结果显示该基因定位于质膜和细胞核的可能性较大,无分泌信号肽,无跨膜结构域。Rrc12115_p1基因由648个核苷酸组成,共编码215个氨基酸,Rrc12115_p1蛋白具有一个SRF-TF功能域,具有一段6个氨基酸的核定位信号,无分泌信号肽,无跨膜结构域。5.通过在不同物种间进行系统发育树的构建,发现Rrc12115_p1基因与AGL61基因聚为一类,且自展值较高,说明Rrc12115_p1基因与AGL61关系密切,可能与AGL61所参与的植物花粉管的引导和胚乳发育的启动,以及部分开花调控功能有关。发现Rrc25_p9基因与MAF5亚家族聚为一类,且自展值较高,说明Rrc25_p9基因与MAF家族近缘,可能与MAF5所行使的晚花功能相近。6.利用农杆菌介导法,将Rrc25_p9和Rrc12115_p1在拟南芥中过表达,发现Rrc25_p9过表达拟南芥植株较WT和空载Mock推迟3-6天开花,莲座叶数量减少3-5片,说明Rrc25_p9基因可能具有参与调控植株晚花的功能。Rrc12115_p1过表达拟南芥植株在开花时间、莲座叶数量、植株高度上较WT和空载Mock无显著性差异,说明Rrc12115_p1基因在拟南芥中未真正过表达或其单一过表达不能对拟南芥的表型产生重要影响。
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